Anlage zum Patentgesuch der - 5 - ^* H 77/92
Pfister-Vaagen GmbH, Augsburg Gr/\lr
vom 12.12.1977
Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Stellvorrichtung, insbesondere zur Verstellung unter Last.
Es ist bereits eine hydrostatische Stellvorrichtung zur Unterstützung
einer hydrostatischen Lagerstelle für rotierende, insbesondere schwere Kaschineiiteile bekannt, bei welcher der
Lagerhub über eine hydraulisch beaufschlagbare Stütztnembrane
in 33lastungsrichtung nachgestellt werden kann. (DOS 26 04 889)
Dies© Vorrichtung ist in ihrer Anwendbarkeit vorzugsweise auf den Ausgleich von Lagerluft beschränkt und weist dementsprechend
einen sehr kurzen Stellweg auf. Vfeitere Nachteile ergeben sich aus dem Fehlen einer Anzeigevorrichtung für den
Stellweg, aus der Anfälligkeit der Membran gegen Zerstörung sowie schließlich durch ungenügendes Dämpfungsverhalten der
Vorrichtung, insbesondere bei Stoßbelastung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, bei einer hydrostatischen Stellvorrichtung die genannten Nachteile der bekannten Vorrichtung zu überwinden. Insbesondere soll die Stellvorrichtung einen größeren Stellweg ausführen können,
die Vorrichtung soll dadurch außer zur Unterstützung von
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Lagern für ein erheblich breiteres Anwendungsgebiet geeignete
Voraussetzungen aufweisen., sie soll im Bedarfsfall eine möglichst genaue Anzeige des Stellweges ermöglichen, ein optimales
DärapfungKverhalten auch bei Stoßbelastung aufweisen, und
sie soll insbesondere keine Bauelemente enthalten, welche unter schwierigen Betriebsbedingungen zum Bruch oder zum Versagen
der Funktion führen können. Insgesamt soll also die neue Vorrichtung unkompliziert, preisgünstig, vielseitig verwendbar,
robust und funktionell sowie bezüglich des Dämpfungsverhaltens optimal sein.
Diese Aufgabe vird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Vorrichtung mindestens einen Kraft-Zerl&gungskeil aufweist,
der über ein unter Druck zugeführtss fluides Arbeitsmedium
in Wirkungsverbindung mit vorzugsweise einem Paar von Gleitflächen aufweisenden Stützelementen steht, sowie mindestens
ein Stellglied aufweist, und daß der Keil und das Stellglied in Reihe als Lastkette angeordnet sind, und daß mindestens
ein Stützelement und das dam Keil entgegengesetzte Ende der Lastkette in definiertem Abstand voneinander fest angeordnet
sind.
Der besondere Vorteil dieser erfindungsgemäß mit einem Kraftzerlegungskeil
sowie einem Stellglied ausgestatteten Stellvorrichtung besteht darin, daß die unkomplizierte, seit
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Menschengedenken für alle erdenklichen Arbeiten genutzte Wirkungsweise
des Keiles in funktioneller Verbindung mit den Vorzügen eines praktisch reibung=slos arbeitenden hydrostatischen
Gleitlagers, und verbunden mit dem Stellglied, ein neues Maschinenelement ergibt, welches sich durch folgende
Verzüge auszeichnet:
absolut unkompliziert in Aufbau und Funktion, verwendbar bis zu den denkbar höchsten Lasten,
- praktisch reibungsfrei im Betrieb,
annähernd wartungsfrei,
- geeignet für größere Stellwege,
- adaptionsfähig an eine Vielzahl von Aufgaben,
und Vorrichtungen,
mit Stellweg-Anzeige ausrüstbar,
- optimales Dämpfungsverhalten aufweisend,
- für vielseitige Verwendungen geeignet,
nach dem Baukastenprinzip aus Normen-Bauteilen in verschiedenen Baureihen und Typensprüngen
zu kompletten Funktionseinheiten kombinierbar,
- durch verschiedene Keilwinkel variabel einstellbare Verhältnisse der Kraft-Zerlegungs-Komponenten
möglich.
In Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Lastkette mit einer
Kraftmeßeinrichtung ausgestattet.
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Diese Kaßneiirae hat besondere Vorteile, insbesondere im Zusammenhang
mit der Kraftzerlegungs-Eigenschaft des hydrostatischen
Keiles ο Denn dadurch kann beispielsweise eine Last
in ihre Komponenten im Verhältnis zum Beispiel 1 : 10 oder 1 : 100 oder 1 : 1000 unter anderes zerlegt v/erden, wobei die
2ur Stellbewegung und Kraftmessung benötigte Kraftkcmponente
im Verhältnis zur Hauptlast um diese Verheltniszahl verringert
wird, ohne daß hierdurch die geringste meßbare Urlgenauigkeit auftritt, weshalb die Kraftnisßeinrichtung im Verhältnis zur
gemessenen Kraft erheblich kleiner und dadurch auch billiger ,'•:ein kann. Dadurch wird dies-:? Er aftnieß einrichtung infolge
ihres u:· das Verhältnis der Kraftzerlegung verringerten Meßwertes
iiiit wirtschaftlichen, Üblichen Prüfvorrichtungen prüfbar.
In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß
die Lastkette eine Anzahl von mindestens zweis vorzugsweise
mehreren. Keilen sowie S üützelen^enten aufweist.
Mit dieser Ausgestaltung ergibt sich der besondere Vorteil, daß eine große Einzellast ohne Schwierigkeiten in eine Anzahl
von Teil-Lasten, unterteilt werden kann, wobei die Teil-Lasten von jeweils einem Glied der Lastkette, bestehend aus einem
Kraftzerlegungskeil und einem Paar zugehöriger Stützelemente, aufgenommen werden.
In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß
das Stellglied und/oder ein Keil mit Mitteln zur Anzeige des Stellweges ausgestattet ist.
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j NACH3ERF1CHTJ
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Eine solche Ausgestaltung durch Anzeigemittel für den Stellweg
ist deswegen von so erheblichem Vorteil, weil der konische Keil die funktionelle Eigenschaft hat, mit der Zerlegung der
!".raft auch eine Übersetzung des Weges im gleichen Verhältnis
der Kraftkomponenten durchzuführen. Beispielsweise zerlegt ein Keil mit der Konizität 1 : 10 Kraft und Weg im umgekehrt
proportionalen Verhältnis«
Bsi einer Anzeigeskala für den ^eg würde einer Bewegung dieses
Keiles uxii 10 mm ein Stellv:eg der Vorrichtung senkrecht zu diesem
Weg um einen Millimeter entsprechen. Infolgedessen ergibt
in Falle dieses Beispieles eine Weganzeige an einer Skala für
die horizontale Bewegung des Keiles eine um den Faktor 10 genauere Angabe der; ausgeführten Stallweges der Vorrichtung.
In Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß der Antrieb
des Stellgliedes wahlweise mechanisch, elektromotorisch, hydromctorisch oder durch eine beliebige andere motorische
Einrichtung erfolgt.
In Ausgestaltung der Erfindung ist weiter vorgesehen, daß mindestens zwei Keile über ein Arbeitsmedium und Gleitflächen
in Wirkungsverbindung miteinander stehen.
Dabei besteht eine der möglichen Ausführungen darin, daß die Keile in annähernd senkrechten Ebenen miteinander in Wirkungsverbindung stehen. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß
die Kraftzerlegungswirkung der beiden Keile sich multipliziert.
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I nachgereichtJ
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Venn nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung die Keils
in annähernd parallelen Ebenen in Wirkungsverbindung stehen, dann hat dies Qe nach Konizität eines jeden Keiles, beispielsweise
bei gleichen Konus-Winkeln und einem entsprechenden Arbeitsweg Jedes Keiles, eine Verdoppelung des Stellweges der
Vorrichtung zur Folge.
\leiyn jedoch die Keile verschiedene Konus-Winkel aufweisen,
beispielsweise 1 ; 10 / 1 : 100, dann ergeben sich verschiedene Stellwege und tntf.ipreche.nde Stollkräfte mit entsprechenden
Übersetzungsverhältnissen.
Bei einer solchen Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn die
Koil-Winkel und die Maßstäbe der :;inera Keil zugeordneten Wege-Ske.len
einander entsprechen.
Und schließlich ist es vorteilhaft wenn, wie an sich bekannt,
mindestens ein Stützelement auf der der Gleitfläche abgekehrten Seite schwenkbeweglich, vorzugsweise in einem Kugelgelenk
gelagert ist.
Durch die hiermit erzielte Taumelbeweglichkeit eines Stützelementes
wird erreicht, daß die Gleitflächen über ihre gesamte tragende Fläche gleichmäßig belastet v/erden und insbesondere
ein Kippen bzw. Verecken derselben vermieden wird.
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Mit der Vorrichtung nach der Erfindung ergeben sich besondere Vorteile durch die Anwendung auf die Verstell- und Kraftmeßeinrichtung
eines WeIzengerüstes.
Bei einem Walzengerüst, beispielsweise zum Kaltwalzen von
Bandstahl wie zum Beispiel Karosserieblech, wird die Einhaltung
von Dicke-Toleranzen im Bereich von 1/10 bis 1/100 mm gefordert. Die Walzenpaare arbeiten dabei mit Drücken in der
Größenordnung von einigen 100 Tonnen. Die üblichen Sinstel!vorrichtungen für den Walzenabstand benutzen
große Spindeln, bzw. hydraulische Stellvorrichtungen.
Eine Adjustierung des Walzenspaltes beispielsweise um 1/10 mm ist bei einer derartigen Einrichtung kaum zu gewährleisten.
Mit einer Vorrichtung nach der Erfindung ergibt sich die Möglichkeit,
beispielsweise mit einem Stellkeil 1 : 1000 durch
eine Keilverschiebung von 10 mm eine Spaltweitenadjustierung
von 1/100 mm exakt einzustellen. Dabei wird durch die Kraftzerlegung darüberhinaus erreicht, daß die Stellkraft für den
Keil bei dem gewählten Lastfall von 10.000 kg nur 100 kg beträgt .
Eine solche Einrichtung besitzt weiterhin den unvergleichlichen
Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, daß der Arbeitsdruck des eingestellten Walzenlagers auf unkomplizierteste Weise,
beispielsweise mit einer Druckmeßdose, gemessen werden kann, wenn diese in der Lastkette zwischen dem Bewegungsglied und
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dem Keil eingeschaltet ist. Dabei ist es vollauf genügend, wenn
deren Anzeigebereich beispielsweise 0 bis 250 kg beträgt und der aufgenommene Wert im Anzeigegerät mit dem Faktor 1000
multipliziert wird.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die Anwendung
auf eine hydrostatische Lagerung, vorzugsweise eine aus mehreren Einzel.3 agern bestehende Lagerung eines schweren Rotationskörpers
mit großem Durchmesser.
Wenn hier, wie im Anwendungcfall des W^lzengerüstes, Eraftmeßeiurichtungen
in der Lastkette angeordnet sind, kann die auf
jedes einzeln;? Lager wirkoncla Kraft während des Betriebes gemessen
werden.
»ierin darüberhinaus beispielweise die Keile j^des einzelnen
Lagers mit hydraulischen Stellgliedern ausgestattet sind, welche mit einer gemeinsamen Druckquelle in Verbindung stehen,
so kann durch diese Anordnung erreicht werden, dälPUngenauigkeit
im Rundlauf des Rotationskörpers durch die Beweglichkeit der Keile ausgeglichen wird, wobei in solchem Falle auto
matisch die Wirkung eintritt, daß eine gleichmäßige Verteilung der radialen Kräfte auf jedes der einzelnen Lager gewährleistet ist, und daß Abweichungen des gelagerten Körpers vom
Rundlauf vollautomatisch kompensiert werden.
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Ein v/eiterer Vorteil ergibt sich durch die Anwendung der Erfindung
auf eine vorzugsweise mit Druck oder Zug arbeitende Prüfeinrichtung, vorzugsweise eine Material-Prüfeinrichtung.
Bekannt sind beispielweise Prüfeinrichtungen für Meßwertgeber,
insbesondere zu deren eichamtlicher Eichung, in Form von sogenannten "Belastungstürmen". Der Aufwand für derartige
Einrichtungen ist gigantisch. Solche Belastungstürrae benötigen,
mn von djTiaiin.sehen Einflüssen der Umwelt unabhängig zu sein,
voll isolierte Fundamente mit einigen hundert Tonnen Kasse, die Türme selbst müssen bei Höhen b.i.s zu 30 m eine hoho Steifigkeit
aufweisen und sollen darüberhinaus auch noch eine hohe Klgendäppfunti besitzen. Diese extremen Forderungen führen in
o.er Praxis zu exorbitant; aufwendigen Betuvsrken, deren Kosten
i.i Millioncnhöhe .-.-.nfallen, und im Grunde genommen in keinem
vsrnüftigen Verhältnis zur eigentlichen Msßaufgabe mehr stehen.
Mit einer Vorrichtung nach der Erfindung kann dieser Aufwand auf einen geringen Bruchteil dessen reduziert werden.
Ein anderer Anwendungsfall für erfindungsgemäße Stellvorrichtungen
ergibt sich im weiten Gebiet der· Materialprüfung beispielsweise bei einer Vorrichtung für die Wurfeldruckprobe.
3ei kinematischer Umkehr, beispielsweise durch ein Zug-Joch, kann die Stellvorrichtung auch in Vierk st off prüf maschinen Verwendung finden, bei welchen zum Beispiel Zerreißproben durchgeführt werden.
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Eine besonders zweckmäßige und vorteilhafte Anwendung der Erfindung
ergibt sich bei vorzugsweise langen Waagbrücken.
Solche Viaagbrücken werden beispielsweise bei sogenannten Baustellen-Fahrzeugwaagen
benötigt, bei welchen zum Beispiel komplette Züge von Schv;erl&stf ahrzeugen mit Anhängern gewogen
werden. Nicht selten haben solche Waagbrücken eine Länge bis zu 30 Metern und mehr.
Die Erfindung ist in ihrer1 Anwendung hier besonders sinnfällig
und. vorteilhafts weil o.vfIndungcgemäß die Waagbrücke auf eine
aus oiner Vielzahl von einzelnen Stellvorrichtungen zusammengesetzte
Lastkette aufgelegt werden kann. Beispielsweise kann eine Anordnung getroffen sein, bei welcher im Abstand von jeweils
einigen Metern ein Paar von Stützelementen mit je einem
Keil in der Lastkette angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich
eir.e sehr viel leichtere Konstruktion für die eigentliche Waagbrücke,
und es werden erhebliche Kosten gespart. Weitere Vorteile sind ein» extrem niedrige Bauhöhe und ein optimales
Dämpfungsverhalten der Fahrzeugwaage.
Ein anderer Anwendungsfall der Erfindung als Wiegevorrichtung
für extrem schwere Einzelobjekte ergibt weitere Vorteile.
■--Groß enordnung^
Solche Einzelobjekte mögen in eine?"'von einigen 100 bis einigen
1000 Tonnen Gewicht vorliegen.
Dabei kommt der Vorrichtung in diesem besonderen Fall der Vorteil
zugute, daß die Empfindlichkeit einer mit der Vorrichtung ausgestatteten Wiegeeinrichtung im Gegensatz zu anderen Wiege-
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vorrichtungen nach dem Stand der Technik von der Größe der sogenannten "Vorlast" oder "Totlast" unabhängig ist.
Die Erfindung eröffnet in dieser Hinsicht Anwendungsmöglichkeiten in einem technischen Neuland, die bisher für unvorstellbar
gehalten wurden. Beispielsweise wäre es möglich, einen kompletten Hochofen mit dem gesamten Fundament bei einem
Gesamtgewicht von einigen tausend Tonnen auf eine Vielzahl von Stellvorrichtungen nach der Erfindung aufzusetzen, um
während des Betriebes dessen Inhalt über das Gewicht zu erfassen und zugleich eine Nivellierung des Objektes über die
Stellvorrichtungen durchzuführen.
.Andere ähnlich gelagerte Anwendungsbeiapiele wären vor stellbar,
zum. Beispiel die Auflage beispielsweise eines Großsilos
für Zementroamelil mit einigen 1000 Tonnen Inhalt, um über die
Go-:icatKveränderung eine Betriebskontrolle zu erhalten, wie
sie bisher nicht möglich war.
Auf die gleiche Weise ließe sich beispielsweise euch der
FiAllungsgrad eines Drehrohrofens für ein Zementwerk oder der
FülXung.sgrad einer großen Rohrmühle mit Hilfe des Gewichtes
laufend überwachen.
Da die Vorrichtung nach der Erfindung praktisch reibungslos,
das heißt, defacto mit mathematisch unendlich kleiner Reibung arbeitet, ist deren Anzeigegenauigkeit bis zu den größten
vorstellbaren Gewichten innerhalb derjenigen Toleranzen exakt, welche durch das Auflösungsvermögen des Anzeigegerätes gerade
noch gegeben sind.
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BAD OFUGlNAL
NAOHQEREICHT
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Infolge diese?." außergewöhnlichen und überraschenden Eigenschaften
ergibt sich ein Sonderfall dadurch, daß das schwere Objekt vorzugsweise gleichlastig auf einer größeren Anzahl von
hydrostatischen Stellvorrichtungen nach der Erfindung gelagert
ist.
Um eis anschauliches Beispiel, einen durchaus als realistisch
denkbaren Anvend.ungsfall Vieranzuziehen, könnte men sich vorstellen,
d^3 mit der Erfindung das Fundament eines
Gebäudes e/ufgexarig:^ und mit geeignete:?. Maßnahmen zur
Senirechtatellung gebrecht vierden könnte.
IΓί folgfcrjo.e-n v-'ird die T?rf.:' r.dung anband von in der Zeichnung
dargestellten Auslühruiigoboi^pielen näher erläutert.
Ss zeigen;
Fig. 1 eino h3rdi"ostatische Stellvorrichtung mit einer Lastkette
- Keil/Stellglied/Kraftmeßeinrichtung, teils im Schnitt,
Fig. 2. die gleiche Vorrichtung in geänderter Anordnung Keil/
Stellglied, ebenfalls zum Teil im Schnitt,
Fig. 3 eine Vorrichtung zum Prüfen und Eichen von elektronischen
Meßwertgebern, in Seitenansicht,
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ίΆ^.ι^ eine Vorrichtung zur Durchführung von Würfeldruckproben,
in Seitenansicht,
Fig. 5 eine andere Prüfeinrichtung, zum Eeispiel für EIastisitätsmessungen,
in Seitenansicht,
£1äjl_§ eine Einstellvorrichtung für ein Walzengerüst, teils
in Seitenansicht, teils im Schnitt,
FjUc-. 7 das Fv.r-ktionsprinzip einer hydrostatischen Lagerung
für einen Rotationskörper von großem Durchmesser mit
Me£- und Ausgleichseinrichtung, teils im Schnitt,
Fv;\_8 eine Bc-ustellcurwaago -rJLt· einer Anzahl von hydrostatischen
Stellvorrichtungen in einer Lastkette, teils in Ansicht, teils im Schnitt,
O-jIi-2 eine große Einzellast, zum Beispiel einen Hochofen
auf hydrostatischen Stellvorrichtungen, in Seitenansicht,
Fig. 10 eine Doppelkeil-Anordnung im Schnitt.
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Nach Fig. 1 umfaßt die erfindungsgemäße Stellvorrichtung den
Keil 1, welcher zwischen den beiden Stützelement©)! 2 und 3 beweglich angeordnet ist. Dieso Stützelemente 2 und 3 weisen
die Gleitfläche«. 4 und 5 auf, auf denen der Keil 1, auf einem
Flüssigkeitsfilin schwimmend,, reibungslos gleitet. Der Flüssigkeit
sfilm v.r.ird dadurch erzeugt, daß air; Arbeitsmittel Öl
unter .Druck vom Anschluß 6 durch das System der Druck Ölleitung
7, 12, 12' 20 zu den GIe.It.flächen 4, 5, 8, 13, 21 gefördert
wird. Die der Gleitfläche 4 gegenüberliegende Gleitfläche 8
mindestens
des Keiles 1 besitztYeine taschenförmige Ausnehmung 9» innerhalb
welcher sich das Öl unter Druck ausbreiten kann. Nach
Erreichen eines bestimmten Öldruckes hebt dets Öl den Keil 1
an, und tritt, durch die Spalten 10, 10' frei aus, wonach es
in den Fangrillen 11, 11s gebammelt wird und eine;a nicht dargestellten
Vorratsbehälter mit Öldruckpumpe wieder aufließt. Von der Öltasche 9 gelangt das Öl durch die Leitungen 12,
innerhalb des Keiles 1 einerseits in die en dessen Oberseite liegende Öltasche 9f und andererseits zu der stirnseitigen
Gleitfläche 13. Diese stirnseitige Gleitfläche 13 steht in
mindestens Wirkverbindung mit dem Stützelement 14, welches ebenfallsYeine
öltasche 15 aufweist. Der Keil 1 bildet eine Lastkette über das
Stützelement 14 mit dem Kraftmeßgeber 16 und dem mechanischen Stellglied 17, das im vorliegenden Beispiel eine mit dem
Handrad 18 betätigte Spindel 19 umfaßt.
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Das obere Stützelement 3, welches die Last P aufnimmt, erhält
auG der oberen Öltasche 9' Drucköl und leitet dieses durch die
Bohrung 20 zu einer stirnseitigen Gleitfläche 21, mit welcher
rieh das Stützelement 3 horizontal gegen das Führungselement 22,
reibungslos, weil ebenfalls auf einem Ölfilm gleitend, abstützt.
Die Funktion der Vorrichtung ist folgende:
;>::7 γ:.ώ~ο kein Öldruck aufgebaut wird, befindet sich der Keil 1
zv/i.-oheii den beiden Stütz elementen 2, 3 unter der 'virkung der
Laiit P in festem Körperschluß. Nach Einleiten des Drucköles
durch den Anschluß 6 und die Leitungen 7» 12, 12' und 20 sind
dio Taschen 9, 9f sowie 15 und. 23 mit ijrucköl gefüllt. In
dlase^i Zustand sind säa-tliche Gleitflächen (4, 5, 3, 8', 13»
21) voneinander abgehoben und schwingen auf einen Ölfilm.
Dabei ist die Reibung eirtrem. niedrig, sie entspricht nämlich
der reinen Flüssigkeitsreibung, deren Reibungsbeiwerte —-β»*· Ο
gehen, sobald die Bev/egungsgeschvrindigkeit zwischen zwei durch
den Ölfilm getrennten Gleitflächen unendlich klein ist.
Die im vorliegenden Fall auf den Keil 1 über die Stützelemen-
der Konizität te 2, 3 wirkende Kraft P wird von dem Keil im VerhältnisVdes
Keilwinkels in eine horizontale und eine vertikale Komponente 1 : 10 zerlegt. Da der Keil 1 nach Fig. 1 eine Konizität 1 zu
10 besitzt, übt demnach die Gleitfläche 13 über den Kraftmeßgeber 16 auf das Stützelement 14 eine Kraft P/10 aus. Bei
einer Bewegung des Keiles 1 mit Hilfe des Handrades 18 und der
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Spindel 19 um eine V.'&glär.ge V von beispielsweise einem Zentimeter
wird demnach von der Stellvorrichtung ein Stellhub H von einem K j llimeter ει; β ge.führt.
In der Ausführung gemr.ß Fig. 2 ist der Keil 1 zwischen den
Stützelement en 2 und 3 eingeordnet. Er bildet mit dem hydraulischen
Stellglied 25 und dem elektronischen Debrungsstreifenmeßgeber
26 sov^ie mit ein* γ me:h.£Dj.schen Schraubspindel-Verstclleinrichtung
27 &i?>.e }.:<- Zugrichtung wirkence Lastkette.
Die Funktion ist im übrig'.:?, r.e.'.'^ersigen nach Fig. Ί äquivalent.
Fig. 3 zeigt einen u£i.:l;^tu:ag:sturinlf nach der Erxi;idung zum
Eichen eines Kra.ftrüeßgobe-'3 J50 mit Hilfe eines Satses exaktester
?rüfgevichte 3* t v:elche in vorliegenden Beispiel die Funktion
eines Stellgliedes haben. Die Fr"dvorrichtung ist mit zwei
Keilen 32, 33 ausgestattet, von denen der Keil 33 einerseits die Prüfgewichte 31 aufniiamt und andererseits eine Keßvorrich
tung 3A für den Stellv.'eg aufweist. Durch Ausstattung der
Keile mit verschiedenen Winkeln kann der Meßbereich der Meß einrichtung beliebig gedehnt v/erden. Die mit den Prüfgewichten 31 auf den Keil 33 einwirkende Last wird, um das Verhältnis der Konizität des Keiles 33 multipliziert, auf die Stirnseite 35 des Keiles 32 übertragen und dort nochmals, um das
Verhältnis der Konizität des Keiles 32 multipliziert, auf das obere Stützelement 36 übertragen. Dieses besteht aus zwei
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Teilen, nünlioh einer unteren Kugelpfannc 37 und einer oberen
".'jre.lkalctte 37f , welche zusammen ein Kugelgelenk 33 bilden
*rvi dafür sorgen, daß die Prüflast P ohne zu ecken auf den
Prüfling 30 übe:·-tr agon vrir-d. Der keil 33 stützt si oh seinerc-'its
ge:ua ein Stüt/.elenent 37!f ab, velches ebenfalls über
e:In Kugelgelenk 3S' ris seitliche JCraft in den Pfosten 39
dr.? Ii3.Hchinc:"rahrien^ 40 einleitet. Die Prüfeinrichtung steht
in übrigen avf eineoi Untergestell 41, welches seinerseits über
F.!\ λ rinrur ^kompensator en 4?. schwingungsfrei auf den; Fundament 43 gelagert und damit frei von dyni;.!.aschen Einflüssen
der UiüVielt ist.
Für -die Funktion der Prüfeinrichtung ist es erforderlich, daß
das exakte Kraftzerlegungsverhältnis der Doppelkeil anordnung
durch Kup-argcnaus Prüfgevrichte 31 und einen geeichten Prüfling
30 ei:i--füi' allemal ermittelt wird. Ab dann steht die Prüfeinrichtung
ohne v/eiteres mit einer vjabseinflußbaren Genauigkeit
für die Sichung weiterer Prüflinge 30 zur Verfügung.
Die Anordnung nach Fig. 4 stellt ein Prüfgerät zur Durchführung
von sogenannten Würfeldruckproben dar. Zwischen den beiden
Jochen 45, 46, ist der Prüfling 47 auf einer Stellvorrichtung 43 nach der Erfindung aufgebaut. Diese umfaßt die beiden hydrostatischen Arbeitskeile 49 und 50 sowie die Stützelemente 51,
52 und 53. Die Stützelemente 51 und 53 sind ihrerseits mit
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Kugelgelenken 51', 53' schwenkbeweglich gelagert. Eine Belastungseinrichtung
mit Stellwegsanzeige umfaßt die Gelenkstange 54 und den Hebel 55, welcher in Drehpunkt 56 gelagert
ist* Bas Prüfgewicht 57 ist im vorliegenden Beispiel als
Schiebegewicht ausgebildet, wie in Fig. 4 schematisch angedeutet. Eine Skala 53 gibt den Stellweg der Vorrichtung 48 an,
wobei gleichzeitig an einer Gewichts-Skala 57' des Schiebegewichtes 57 die zugehörige Belastung abgelesen werden kann.
Die Vorrichtung nach Fig. 4 ist lediglich als 3-ystembeispiel
aufzufassen, deren konstruktive Gestaltung im Rahmen entsprechender
Kaschinennormen nach vielen Gesichtspunkten variiert
werden kann.
Ein Beispiel für eine solche abgewandelte Bauart ist, ebenfalls rein schematisch, in Fig. 5 dargestellt.
Hierbei ist der Prüfling 60 in dem Maschinengestell 61 zwischen dem Widerlager 62 und der Vorrichtung 63 nach der Erfindung
eingespannt. Die Vorrichtung 63 umfaßt im vorliegenden Fall den Keil 64, den Lastgeber 65 sowie das mechanische und/oder
wahlweise elektromotorische Stellglied 66 mit der Einrichtung 67 zur Anzeige des Stellweges, sowie einem Schreiber 68
für ein Last/Weg-Diagramm und einem Lastanzeigegerät 69. Zwischen dem Widerlager 62 und dem Stützelement 70 ist eine
Vergleichs- und Kontroll-Mikrometer-Uhr 71 angeordnet, welche die Verformung des Prüflings 60, zum Beispiel in 1/100 mm
anzeigt.
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Bei der Vorrichtung der Fig. 5 wird entsprechend ähnlichen Vorrichtungen, zum Beispiel nach Fig. 3 und 4, durch die
mechanische Bewegung des Keiles 64 sowohl ein Stellweg ■—^- H
als auch eine Prüflast P erzeugt.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel der Erfindung als Stellorgan und Kraftmeßeinrichtung in einem Walzengerüst. Dabei umfaßt die
Vorrichtung 73 den Keil 74, die Kraftmeßeinrichtung 75 und das Stellglied 76, im vorliegenden Falle eine hydraulische Kolben-Zylindereinheit,
sowie das Grundgestell 77. Dieses dient zur Anordnung eines definierten Abstandes zwischen dem Stützelement
78 und dem entgegengesetzten Ende 76 der Lastkette = Keil/Kraftmeßeinrichtung/Stellglied. Das obere Stützelement
79 ist schweniebeweglich auf einem Kugelgelenk 80 gelagert,
welches für eine Kraftübertragung ohne Verecken der Gleitflächen sorgt. Bei dem Walzengerüst, dessen Lagerzapfen
81 beispielsweise mit einer Last von einigen 100 Tonnen belastet sind, wird zunächst eine Grobvoreinstellung des Walzenspaltes
mit Hilfe der Verstelleinrichtung 82, beispielsweise einer Verstellspindel, vorgenommen. Während des Betriebes
wird die erfindungsgemäße Feineinstellung mit der Vorrichtung 73 vorgenommen. Dabei ergibt ein Keil zum Beispiel mit
der Konizität 1/1000 die Möglichkeit, Stellwege bis zu 1/100 mm Genauigkeit einzustellen, wofür eine Bewegung des Keiles 74
in horizontaler Richtung von 10 mm notwendig ist. Der Weg wird von der Einrichtung 72 angezeigt. Hierbei beträgt die Stellkraft
1/1000 der Arbeitslast P. - 24 -
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Em weiterer signifikanter Vorteil gegenüber dem Stand der
Technik ergibt sich mit der Anwendung der Vorrichtung 73 auf ein Walzengerüst dadurch, daß mit Hilfe der Kraftmeßeinrichtung
75 der jeweils iffi Arbeitszustand der Walzen herrschende
Arbeitsdruck P gemessen werden kann. Auf diese Weise ist man beispielsweise bei einem Kaitwalzvorgang in der Lage, festzustellen,
bei welcher Walzstufe eine Materialverdichtung von einer solchen Größenordnung eingetreten ist, daß eine Zwischenglühung
zur Normalisierung des Bleches notwendig wird.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß der durch die Kraftmeßeinrichtung 75 gemessene Walzendruck P zugleich ein
Maß für die proportionale elastische Dehnung des gesamten Walzengerüstes ergibt»
Hierdurch wird der Fachmann in unkomplizierter Weise bei optimaler
Genauigkeit in die Lage versetzt, die schädliche dehnungsbedingte Abweichung des Walzenspaltes mit Hilfe einer
Vorrichtung nach der Erfindung auszugleichen.
Fig. 7 zeigt den Anwendungsfall von Vorrichtungen 83 nach der Erfindung auf die hydrostatische Lagerung eines rotierenden
Körpers von großem Durchmesser und großer Masse, beispielsweise einer Rohrmühle. Das Besondere an dieser Ausführung ist
die hydraulische Verkettung zwischen den einzelnen Vorrichtungen 83, zum Beispiel durch die gemeinsame Öldruckleitung 84,
an welche die einzelnen Lagerstellen 83 mit Zweigleitungen 85 angeschlossen sind. Die gemeinsame Versorgung erfolgt - wie
bei hydraulischen Anlagen üblich und bekannt - durch die Pumpe 86 aus dem Vorratsbehälter 87.
Die Rücklaufleitungen des Rücklauföles von den einzelnen Lager stellen 83 zu dem gemeinsamen Olsammelgefäß 87 sind in der
Prinzipzeichnung Fig. 7 nicht dargestellt, um eine unnötige Verkomplizierung des Prinzipschaubildes zu vermeiden.
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Die besondere Funktion dieser Einrichtung liegt darin, daß bei Taumelbewegungen des gelagerten Rotationskörpers infolge unvermeidlicher
Exzentrizität desselben, die einzelnen Keile durch Kachfahren der Stellbewegung die Exzentrizität ausgleichen,
so daß jede einzelne Lagereinheit 83 ständig mit der gleichen radialen Kraft gegen den gelagerten Rotationskörper
anliegt. Der Meßwert der Kraft wird von den Lastgebern 83' auf ein beliebiges Anzeigegerät übertragen. Alternativ
könnte die Nachstellung mit üblichen regelungstechnischen
Mitteln, zum Beispiel nach Maßgabe der Lastanzeigen erfolgen.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel gemäß Fig. 8 zeigt eine lange Baustellenwaage mit der Waagbrücke 90. Zur Veranschaulichung
der Größenverhältnisse sind andeutungsweise Lastfahrzeuge 91,
92, 93 dargestellt, deren Gewicht mit Hilfe der Waagbrücke 90 ermittelt v/erden soll. Die Länge einer solchen Baustellenwaage
liegt beispielsweise in einer Größenordnung von 40 bis 50 m. Die Waagbrücke 90 ist auf einer Lastkette gelagert, welche
aus einer Aneinanderreihung einzelner Stell-Vorrichtungen 94
nach der Erfindung besteht. Jede dieser Stellvorrichtungen 94 umfaßt je einen Kraftzerlegungskeil 95 und je ein paar Gleitflächen aufweisende Stützelemente 96, 96*. Die Keile 95 sind
durch Verbindungselemente, beispielsweise Kettenglieder 97 zu einer gemeinsamen Lastkette verbunden, welche an einem Ende
die Kraftmeßeinrichtung 98 und das Stellglied 99 aufweist.
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In der Lastkette summieren sich die Einzellasten zu einer Gesamtlast,
welche mit der Kraftmeßeinrichtung 98 angezeigt wird.
Eine Waagbrücke kann beispielsweise auf mehreren parallelen Lastketten aufliegen, wobei jede Lastkette eine Kraftmeßeinrichtung
98 aufweist. Das zu ermittelnde Gesamtgewicht der Waagbrücke 90 setzt sich dann aus der Summe der von jeder Kraftmeß
einrichtung 98 einer jeden Lastkette angezeigten Lasten zusammen.
Die Anordnung nach Fig. 8 hat für eine Waagbrücke 90 den exorbitanten Vorteil einer extrem niedrigen Bauweise sowie
einer Auflagerung der Waagbrücke 90 auf einer Vielzahl von einzelnen hydrostatischen Stellvorrichtungen 94. Deshalb kann
die Waagbrücke 90 im Verhältnis zu ähnlichen Waagbrücken nach dem Stand der Technik in extrem leichter Bauweise ausgeführt
sein, da keine hohen Anforderungen an die Eigensteifigkeit der Waagbrücke 90 gestellt werden. Zudem bietet die Summierung
einer größeren Anzahl identisch gleicher, einzelner hydrostatischer Stellvorrichtungen 94 nach dem Baukastenprinzip
die Möglichkeit einer außerordentlichen Flexibilität in der Bauweise, zum Beispiel einer ganzen Typenreihe, indem eine
Verlängerung oder Verkürzung der Waagbrücke 90 mit einer mehr
gleichen
oder minder großen Anzahl von/hydrostatischen Stellvorrichtungen 94 gewissermaßen aus Normteilen nach dem Baukastenprinzip ohne konstruktive Änderung und ohne größere statische
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Berechnungen ausgeführt werden kann. Bei dieser unkomplizierten Bauweise wäre es ohne weiteres vorstellbar, eine mit
Schienen ausgestattete Waagbrücke 90 von einer solchen Länge herzustellen, daß ein ganzer Güterzug von beispielsweise
100 m Länge und mehr darauf untergebracht und gewogen werden könnte.
Die Reihe der beispielhaften Anwendungsfälle soll mit Fig. abgeschlossen werden, welche die Aufnahme einer großen und
schweren Einzellast, im vorliegenden Beispiel eines Hochofens 100 zeigt", welcher samt seinem Fundament 101 auf hydrostatischen
Stellvorrichtungen 102 aufgebockt ist. Mit einer solchen Einrichtung bei entsprechend großen Keilen mit einer
Konizität von beispielsweise 1 : 1000 wäre es denkbar und möglich, mit Hilfe der Erfindung das Betriebsgewicht eines
voll im Einsatz befindlichen Hochofens 100 laufend zu registrieren.
Fig. 10 schließlich zeigt den konstruktiven Sonderfall einer
hydrostatischen Stellvorrichtung nach der Erfindung mit zwei Keilen 103» 104. Im gezeigten Sonderfall mögen beide Keile
mit identisch gleicher Konizität von beispielsweise 1 zu ausgestattet sein. Sie sind mit Wege-Anzeigevorrichtungen 1097,
109*ausgestattet. Zur Lastmessung genügt im gezeigten Beispiel
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die Anordnung einer Kraftmeßeinrichtung 105 sowie einer einzigen Ölzufuhrstelle 106. Die Vorrichtung umfaßt ferner die
als Hand-Verstellspindeln 107, 108 rein schematisch dargestellten Stellglieder. Bei Verstellung von einem der beiden
Keile 103 oder 104 um einen bestimmten Arbeitsweg ρ W wird ein Hub H von 1/10 des Arbeitsweges W ausgeführt. Die
Last P wird entsprechend der Konizität der Keile im Verhältnis 1 ί 10 zerlegt. Das Besondere der Vorrichtung gemäß
Fig. 10 liegt darin, daß infolge der Anordnung von zwei Keilen 103, 104 bei beidseitiger Verstellung um den gleichen
Arbeitsweg W ein jedem dieser Arbeitswege W entsprechender Hub H im Endergebnis demnach ein doppelter Hub H bei gleicher
Verstellkraft P erreicht wird. Die Vorrichtung umfaßt die Gleitflächen 110, 111, 112, 113, 114, 115.
Wie bereits mehrfach ausgeführt, ist das mit der Erfindung geschaffene neue Maschinenelement einer hydrostatischen Stellvorrichtung
sowohl hinsichtlich der Bauart als auch hinsichtlich seiner Anwendungsmöglichkeiten nicht auf die gezeigten
und beschriebenen Beispiele beschränkt. Es stellt vielmehr im Sinne eines echten Maschinenelementes eine in vieler Hinsicht
zu variierende Funktionseinheit dar, deren Anwendungsbreite im weiten Feld der Technik in letzter Konsequenz unbegrenzt
vielseitig ist. So sind unter anderem auch Anwendungen bei schweren spanabhebenden Werkzeugmaschinen an Stahlhaltern
denkbar, wobei es von Vorteil ist, einerseits das
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Schneidwerkzeug exakt zu verstellen und andererseits die auf die Werkzeugschneide wirkende Kraft exakt nach Maßgabe dieser
Verstellung messen zu können.
Ein weiterer Sonderfall ist dort gegeben, wo - wie im Falle einer Brammenwaage - zum Beispiel eine Wiegeeinrichtung aus
einer Ruheposition mit fest aufgestützter Lastaufnahme-Bühne durch Anheben der Bühne in Arbeitsposition gebracht wird.
Hierfür waren beim Stand der Technik getrennte Funktionseinheiten Hubwerk/Wägeeinrichtung nötig. Mit der Erfindung
wird Heben und Wägen allein mit der hydrostatischen Stellvorrichtung ohne ein gesondertes Hubwerk ermöglicht.
Alle derartigen und weiteren Anwendungsfälle und Ausführungsvarianten fallen indessen untpr die Erfindung, sofern sie einem
der geltenden Patentansprüche genügen.
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